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[成果]生态学研究所破解了核桃遗传学起源之谜

?? 日期:2019-06-18???? 来源:北京师范大学????
核心提示:[成果]生态学研究所破解了核桃遗传学起源之谜 北京师范大学生命科学学院生态学研究所张大勇研究团队利用基于基因组数据的系统发育和种群遗传学分析方法系统研究了栽培核桃的进化起源问题。他们的研究发现栽培核桃是由两个早已灭绝的物种在大约345万

? 北京师范大学生命科学学院生态学研究所张大勇研究团队利用基于基因组数据的系统发育和种群遗传学分析方法系统研究了栽培核桃的进化起源问题。他们的研究发现栽培核桃是由两个早已灭绝的物种在大约345万年前杂交形成的。在渐新世晚期,核桃从美洲到达欧洲,然后扩散至亚洲并进一步在欧洲扩张,黑核桃和白核桃的祖先在大约345万年前相遇并杂交。尽管核桃在亚洲和新大陆进一步分化,但它们在更新世气候动荡期间从欧洲消失了,最终只有新形成的杂交谱系存活下来并形成今天的栽培核桃。

基于独立非缺失SNPs的种群结构

叶绿体系统发育与物种网络推断

该研究论文在Molecular Biology and Evolution上在线发表,并被美国科学促进会新闻发布网等多家国外科学新闻媒体报道:

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-06/mbae-sco052919.php

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190604172648.htm

https://phys.org/news/2019-06-scientists-persian-walnut.html

附:国外新闻报道译文

波斯核桃(Juglans regia;译者注:即栽培核桃)是一种重要的经济作物,因其高品质的木材和美味的坚果而享誉世界。波斯核桃是核桃属22个物种之一;核桃属包括黑核桃、白核桃和美洲白核桃(butternut),分布在欧洲、美洲和亚洲。

中国的核桃产量居世界首位,其次是美国的加利福尼亚、土耳其和伊朗。但目前,有关核桃的起源和进化仍不清楚。核桃有丰富的化石记录;化石证据表明核桃属植物的起源以及最初分化为黑核桃和白核桃两大支大约发生在3500~4500万年前的北美。核桃的起源与分化如此古老,意味着黑核桃和白核桃的祖先应该都有足够的机会通过白令陆桥和北大西洋大陆桥迁移到旧大陆,但在欧洲和亚洲的化石记录中人们只发现了白核桃,而没有发现波斯核桃。

利用基于基因组数据的系统发育和种群遗传学分析方法,现在张大勇团队破解了这个谜团,认为波斯核桃是由两个早已灭绝的物种在大约345万年前杂交形成的。

对于核桃属19个物种的2900个单拷贝核基因进行分析,团队仍未能理清北美、亚洲和波斯核桃物种之间的亲缘关系。然而,他们排除了不完全的谱系分选作为系统发育不确定性的原因。资深作者之一、种群遗传学家张大勇说:“这让我们推测,古老的杂交可能导致了波斯核桃和美洲白核桃的起源”。

为了验证研究者的杂交假说,研究者不再只关注单个基因,而对核桃属22个物种中的19个物种的80个体进行了全基因组测序。

另一位资深作者白伟宁说:“我们应用了一系列基于全基因组数据的分析方法进行杂交检测和物种形成模型的确定,从而估测出波斯核桃的起源时间”。“最后,除波斯核桃外,我们还鉴定了铁核桃(J. sigillata)和美洲白核桃(J. cinerea)的基因组组成” 。作者们根据核桃果实的化石及基因组证据,构想的可能情景是:“在渐新世晚期,核桃从美洲到达欧洲,然后扩散至亚洲,并进一步在欧洲扩张,黑核桃和白核桃的祖先在大约345万年前相遇并杂交。尽管核桃在亚洲和新大陆进一步分化,但它们在更新世气候动荡期间从欧洲消失了,最终只有新形成的杂交谱系存活下来,并形成今天的波斯核桃” 。

作者说:“我们所有的全基因组分析结果全都清晰地说明:美洲白核桃和波斯核桃是杂交起源的”。“我们的研究结果解决了美洲白核桃起源的争议问题,它是由一支迁移到美洲的亚洲白核桃通过花粉覆没使得美国黑核桃被大量的白核桃核基因渗入所导致的”。

? 作者认为:“波斯核桃(包括铁核桃)和美洲白核桃的基因组嵌合现象,凸显了杂交在核桃属植物进化过程中一直起到的重要作用” 。

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